JP3186210B2 - 単独運転検出装置 - Google Patents

単独運転検出装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、小電力発電所の単独運
転検出装置に関する。
【0002】
【従来の技術】図8に従来大電力系統に連系した小電力
発電所を示す。図8において、POは大電力電源、1は
大電力系統母線、21,22は大電力系統母線1に接続さ
れた送電線、3は送電線21を介して大電力系統1に連
系した小電力発電所、4は小電力発電所3の母線、5は
小電力発電所母線4に接続された配電線である。
【0003】このような電力系統において、電力系統の
事故等に際しては事故系統を分離した後大電力電源端よ
り自動復旧操作がなされる。この自動復旧操作において
系統末端の小電力発電所が局地負荷を持ちながら不安定
な運転を維持していると復旧操作ができなくなる。
【0004】そこで小電力発電所3に単独運転検出リレ
ー6を設け、大電力系統から分離されて単独運転になっ
たことを検出して小電力発電所3の発電機AGを系統か
ら解列している。
【0005】従来単独運転検出リレー6は周波数低下検
出リレーUFR及び周波数上昇検出リレーOFRからな
り、変成器PT3で検出した発電所母線電圧VPを取り入
れて送電電力の基本周波数fからの周波数差Δf(数H
z)を検出し、送電線21との連系用遮断器CB3のトリ
ップ指令を発するようになっている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、単独運転後の
局地負荷Lへの送電状態によっては電力が平衡して周波
数変動が小さい場合がある。このような場合、周波数低
下検出リレーUFR及び周波数上昇検出リレーOVRの
整定(数HZ変動検出)では検出できないことがある。
【0007】本発明は、従来のこのような問題点に鑑み
てなされたものであり、その目的とするところは、単独
運転後の局地負荷への送電状態において電力が極めて平
衡して周波数の変動が小さい場合でも単独運転が検出し
うる単独運転検出装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明における単独運転装置は、大電力系統と小電
力発電所の連系システムにおける単独運転検出装置であ
って、大電力系統母線電圧信号及び小電力発電所母線電
圧信号が入力する単独運転処理部を設け、単独運転処理
部は、大電力系統母線電圧と小電力母線電圧の位相差を
検出する検出ゾーンの大きい第1の位相差検出リレー及
び検出ゾーンの小さい第2の位相差検出リレーと、この
第1及び第2の位相差検出リレーの検出信号が入力する
誤検出防止用の長時限の第1のタイマーと短時限の第2
のタイマーと、この第1及び第2のタイマーの出力の論
理和にて単独運転検出信号を出力する論理積回路とから
なるものである。
【0009】また、第1及び第2の位相差検出リレーは
ディジタル位相差リレーにフィルタを付加して構成する
とよい。
【0010】
【作用】単独運転処理部は、位相差検出リレーにより大
電力系統母線電圧と小電力母線電圧の位相差を検出して
いるので、単独運転後の局地負荷への送電状態によって
電力が平衡して周波数変動が小さい場合の単独運転の検
出が可能となる。
【0011】第1の位相差検出リレーは検出ゾーンが大
きいので、位相差が徐々に広がってくるような位相差を
検出する。長時限の第1のタイマーは事故除去時等の電
力動揺時の第1の位相差検出リレーの誤検出の出力を阻
止する。
【0012】第2の位相差検出リレーは検出ゾーンが小
さいので、位相差が急に広がってくるような位相差を検
出する。短時限の第2のタイマーは事故除去等の電力動
揺時の第2の位相差検出リレーの誤検出の出力を阻止す
る。
【0013】従って、第1及び第2のタイマーの出力を
論理積回路から出力すれば、位相差の変化の早さに関係
なく単独運転を確実に検出できる。
【0014】ディジタル位相差リレーに適切なディジタ
ルフィルタを付加すると精度よく位相差が演算できる。
【0015】
【実施例】本発明の実施例を図面を参照して説明する。
【0016】図1は全体システム構成を、図2は単独運
転システムの回路を、図3は単独運転処理部の処理内容
を示す。なお、従来図8にしめしたものと同一部分には
同一符号を付してその重複する説明を省略する。
【0017】図1〜図3において、10は変成器PT1
で検出した大電力母線1の電圧VBが入力する大電力系
統端末装置、20は変成器PT3で検出した小電力発電
所母線電圧VPと端末装置10からの電圧VBデータが伝
送路19を介して入力する単独運転検出装置である。
【0018】端末装置10はアナログインターフェイス
A/Iを介して入力する電圧VBを端末処理部12で処
理し、並列−直列コード変換部P/S,伝送部14,光
送信器E/Oを介して伝送路19に出力するように構成
されている。
【0019】単独運転検出装置20は、伝送路19から
光受信器O/E,伝送部22,直列−並列コード変換部
S/Pを介して入力する電圧VBデータとアナログイン
ターフェイスA/Iを介して入力する電圧VPから単独
運転処理部24で単独運転検出処理し、出力部D/Oか
ら解列指令を出力するように構成されている。
【0020】この、単独運転処理部24は図3,図4に
示すように、電圧VB,VPの位相差を検出する位相差検
出ゾーンを異にするゾーン1,ゾーン2の位相差検出リ
レー251,252とその出力が入力する誤検出防止用タ
イマーT1,T2とこのタイマーT1,T2出力の論理和で
解列指令を出力する論理和回路OR1から構成されてい
る。
【0021】次に、単独運転処理部24の詳細を図3〜
図7を参照して説明する。
【0022】この単独運転検出装置の基本的考え方は、
小電力発電所(以下単に小発電所という)が、電力系統
と切り離され単独系となった事を、小発電所母線電圧と
大電力系の母線電圧との位相差を検出する事に依って判
定する。この方式は、単独系統となった小発電所の周波
数が、系統周波数と完全に同期し、かつ所定の位相差に
有する場合のみ検出不可能で、これ以外であれば検出可
能である。
【0023】位相差検出リレー251,252のゾーンの
決定 単独運転状態の検出感度を高める為には、位相差検出リ
レーの検出ゾーンは広い方が良いが、一方余り広くする
と、事故除去時等の電力動揺時に誤検出してしまう恐れ
がある。したがって、単独運転処理部24は位相検出ゾ
ーンを異にするゾーン1及びゾーン2の2種類のディジ
タル位相検出リレーとして機能し、以下のように使い分
ける。
【0024】(1)ゾーン1:周波数が徐々に変化して
行く場合の検出 大電力系統電源母線電圧と小発電所母線電圧の位相差が
徐々に広がって来る場合を検出対象とする。比較的広範
囲の検出ゾーンとするが、事故除去時等の電力動揺時に
誤検出しないように長時限タイマーT1を用いる。
【0025】(2)ゾーン2:周波数が急激に変化した
場合の検出 小発電所母線電圧ベクトルは、大電力系統母線電圧を基
準とすると、両電圧の差分周波数で回転する。周波数差
が大きい場合、ゾーン1に単独系電圧ベクトルの存在す
る時間が短くなり、長時限タイマーでは検出できないの
で、短時限タイマーが必要になる。したがって、検出範
囲を、事故除去時等の電力動揺は誤検出しないような狭
い位相範囲とし、これに短時限タイマーT2を付加す
る。
【0026】(1)ゾーン1の決定 <誤差要因> RT誤差…2° リレー誤差…6° SP同期ずれ:2° 入変トランス〜アナログ部誤差:3° 演算誤差:1° 以上より、約8°の誤差を見込む必要がある。
【0027】大電力系統と小発電所の電圧位相ずれは、
最悪30°を考えると、位相ずれ検出角は38°とな
る。これに裕度を持たせ、60°とする。タイマーは
0.1〜10.0秒(step0.1)の可変タイマー
とする。
【0028】(2)ゾーン2の決定 電力動揺時でも大電力系統と、小発電所家母線の電圧位
相ずれは90°以上になることは考えられないので、ゾ
ーン2の検出角は90°とする。
【0029】ゾーン2は、急激に周波数がずれた場合の
検出を主目的としている。検出ゾーンの広がり幅φ、周
波数差Δfと検出タイマーT2の関係は下式となる。
【0030】(1/Δf)×(φ/360)=T2 大きな周波数ずれを検出しようとすると、タイマーを短
縮する必要がある。検出限界となる周波数ずれとタイマ
ーの関係は表1の通りとなる。
【0031】
【表1】
【0032】一方、従来需要家のリレーUFR,OFR
の整定は「定格±1〜3HZ」程度とであるので、本方
式による位相差検出リレーは、これに若干裕度を見た
「定格±3〜5HZ」の範囲を検出する事を考えてタイ
マー整定必要がある。したがって、タイマー整定の範囲
を0.01〜1.00秒(step0.01)とする。
しかして、従来リレーUFR,OFR方式と本方式によ
る検出範囲の関係は図5に示すようになっている。
【0033】周波数の異なる電源間の位相異をディジタ
ル演算によって求める方式を検討した結果、従来一般に
用いられている位相差検出リレーにおける演算の出力結
果に適切なディジタルフィルタを付加する事に依って、
精度良く位相差を演算できることが判明した。
【0034】位相差演算手法 従来ディジタルリレーで採用されていた、2つの交流電
気量間の位相差をディジタル演算によって求める手法は
様々あるが、図6に示すように、いずれかの方式も比較
する2つの電気量が同一周波数である場合にのみ正確に
位相差が求められ、周波数の異なる電気量相互の位相差
を求めようとする誤差が生ずる。2つの電気量は2つの
電気量は下式で表されるものとする。
【0035】 a(t)=Asin(ω0t) b(t)=Bsin(ω0t+Δωt) また、電気量A側を基本周波数と定め、サンプリングを
電気量Aの周波数の12倍の周波数で行なうものとする
と、各ポント(n)におけるサンプリングデータは下式
となる。
【0036】
【数1】
【0037】n=0.1,…,3,…,6における具体
データを以下に示す。
【0038】(以下、t0は任意時刻であるので、時刻
tの添え字0は省略する)
【0039】
【数2】
【0040】ここで、各ポントにおけるサンプリングデ
ータの積を求める。
【0041】
【数3】
【0042】目視により、各式は、−Δωtの角速度で
振動する項と、2ω0t+Δωtで振動する項に分かれ
ていることが分かる。ここで、2ω0t+Δωtで振動
する項を消去するために、a0・b0+a3・b3を求め
る。これは、高調波分を除去するディジタルフィルタ演
算に相当する。
【0043】図7にディジタルリレーの演算ブロック図
を示す。
【0044】ディジタルフイルタDF1の出力
【0045】
【数4】
【0046】上式より、2ω0t+Δωtで振動する項
はtan{(Δω/ω0)・(π/4)}倍に減衰する
ものの完全に消去するまでには至らない。
【0047】ちなみに、Δω/ω0=0.2の場合は、
0.1584(=15.8%)となり、かなりの誤差と
なる。
【0048】ディジタルフィルタDF2の出力 さらにこの項を減衰させるため、下記の演算を行なう。
【0049】 A0=a0・b0+a3・b33=a3・b3+a6・b60+A3=2・cos(−Δωt−2・β)・cos2(β)−2・cos( 2ω0t+Δω0t+2・β)・sin2(β) これにより、2ω0t+Δωtの振動項はtan2{(Δ
ω/ω0)・(π/4)}倍に減衰する。ちなみに、Δ
ω/ω0=0.2の場合は、0.02508(=2.5
%)と、かなり減衰する。
【0050】ディジタルフィルタDF3の出力 これを更に減衰させるためには、 B0=A0+A3=a0・b0+2・a3・b3+a6・b63=A3+A6=a3・b3+2・a6・b6+a9・b9 とおき、B0+B3を計算すれば良い。
【0051】
【数5】
【0052】よって、B0+B3≒4・cos(−Δωt
−3・β)これにより、2ω0t+Δωtの振動項はt
an4{(Δω/ω0)・(π/4)}倍まで減衰する。
ちなみに、Δω/ω0=0.2の場合は、0.0006
3(=0.06%)となる。
【0053】以上、2つの電気量間の位相差:θの余弦
(cosθ)を求めるアルゴリズムを展開したが、正弦
(sinθ)を求める方式は以下による。
【0054】 A′0=a0・b3−a3・b0 A′3=a3・b6−a6・b3 B′0=A′0+A′3=a0・b3−a3・b0+a3・b6−a6・b3≒2・si n(−Δω0t−2・β) B′3=A′3+A′6=a3・b6−a6・b3+a6・b9−a9・b6≒2・si n(−Δω0t−4・β) B′0+B′3=a0・b3−a3・b0+2・a3・b6−2・a6・b3+a6・b9 −a9・b6≒4・sin(−Δωt−3・β) 誤差に関しては、余弦を求めた場合とまったく同様であ
る。
【0055】以上を整理すると、 C0=B0+B3≒4ABcos(−Δωt−3・β)=4ABcosθ … (1) C′0=B′0+B′3≒4ABsin(−Δωt−3・β)=−4ABsin θ …(2)
【0056】
【数6】
【0057】なおθは時刻tにより変化するが、位相差
検出リレー251,252の確認タイマーT1,T2内で十
分確認可能となる。
【0058】また3βは固定誤差となるが、特性にマー
ジンを持たせることにより問題はなくなる。
【0059】リレー特性と(1),(2)式の関係は以
下の通りである。
【0060】
【数7】
【0061】ゾーン1の位相差検出リレー出力はゾーン
1−1とゾーン1−2の論理和で出力する。
【0062】以上のように、大電力系統と小電力発電所
の電圧の位相差を位相差検出ゾーンの異なる位相差検出
器を用いて検出しているので、周波数変化の速さの大小
に拘わらず変動の小さい周波数変化を確実に検出するこ
とができるので、単独運転になった場合の周波数変化が
小さくても確実に単独運転を検出することができる。
【0063】
【発明の効果】本発明は、上述のとおり構成されている
ので、微少な周波数ずれも位相差で高感度に検出できる
ので、単独運転後の局地負荷への送電状態において電力
が極めて平衡していて周波数変動が小さい場合も単独運
転検出ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例にかかる全体システムを示す構成説明
図。
【図2】単独運転検出システムを示すブロック回路図。
【図3】単独運転処理部の処理内容を示すブロック回路
図。
【図4】位相差検出ゾーン説明図。
【図5】従来方式との周波検出範囲の比較説明図。
【図6】2つの電気量とサンプリングデータを示す線
図。
【図7】リレーの演算を示す演算ブロック図。
【図8】従来例の全体システムを示す構成説明図。
【符号の説明】
1…大電力系統母線 21,22…送電線 3…小電力発電所 10…大電力系統端末装置 12…端末処理部 14,22…伝送部 19…伝送路 20…単独運転検出装置 24…単独運転処理部
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−49170(JP,A) 特開 平4−156219(JP,A) 特開 平3−56034(JP,A) 特公 平1−54941(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02J 3/00 - 5/00

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 大電力系統と小電力発電所の連系システ
    ムにおける単独運転検出装置であって、 大電力系統母線電圧信号及び小電力発電所母線電圧信号
    が入力する単独運転処理部を設け、 単独運転処理部は、大電力系統母線電圧と小電力母線電
    圧の位相差を検出する検出ゾーンの大きい第1の位相差
    検出リレー及び検出ゾーンの小さい第2の位相差検出リ
    レーと、この第1及び第2の位相差検出リレーの検出信
    号が入力する誤検出防止用の長時限の第1のタイマーと
    短時限の第2のタイマーと、この第1及び第2のタイマ
    ーの出力の論理和にて単独運転検出信号を出力する論理
    積回路とからなることを特徴とした単独運転検出装置。
  2. 【請求項2】 第1及び第2の位相差検出リレーはディ
    ジタル位相差リレーに次式 C0=4ABcos(−Δωt−3β) C0′=4ABsin(−Δωt−3β) ただし、β=(Δω/ω0)・(π/4) Aは大電力系統母線電圧の最大瞬時値 Bは小電力発電所母線電圧の最大瞬時値 ω0=系統周波数の角速度 Δω=周波数差の角速度 のディジタルフィルタを付加して構成したことを特徴と
    した請求項1記載の単独運転検出装置。
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